新高考物理一轮复习实验重难点专题实验18 用油膜法估测油酸分子的大小（含解析）

实验18 用油膜法估测油酸分子的大小

1.知道油膜法估测油酸分子的大小的原理.

2.掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法．

1．实验原理

实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小．当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸薄膜．如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小．用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示油酸分子的直径，如图乙所示，则d＝.

2．实验器材

盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．

3．实验过程

(1)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止．

(2)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0.

(3)向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上．

(4)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上．

(5)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．

(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)．

(7)根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝，算出油酸薄膜的厚度d.

(8)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小．

【典例1】（2022·全国·高三课时练习）某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径大小”的实验中，每500mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL。用注射器测得100滴这样的溶液为1mL。把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板盖在浅盘上并描出油膜的轮廓，如图所示，图中小正方形方格的边长为20mm。

（1）在实验中，下列操作错误的是________。

A．为了使得油膜边界更清晰，需要在油膜上轻轻撒上一些痱子粉

B．在水面上滴入油酸酒精溶液后，应该马上数方格

C．对注射器刻度读数时，视线要平视刻度

D．数方格时，不足半个的舍去，超过半个的算一个

（2）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V是________mL。

（3）油酸分子的直径是________m。（结果保留1位有效数字）

【答案】     AB##BA     2×10－5     4×10－10

【解析】（1）[1]A．为了使得油膜边界更清晰，需要先在浅盘里倒入2cm左右深的水，然后将痱子粉均匀撒在水面上，而不是油膜上，故A错误，符合题意；

B．在水面上滴入油酸酒精溶液后，待油膜的形状稳定后，再数方格数，故B错误，符合题意；

C．对注射器刻度读数时，视线要平视刻度，故C正确，不符合题意；

D．数方格时，不足半个的舍去，超过半个的算一个，故D正确，不符合题意。

故选AB。

（2）[2]1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V是

V＝mL＝2×10－5mL

（3）[3]由题图可读出超过半格的格数约为115小格，则油膜面积为

S＝115×20×20×10－6m2＝4.6×10－2m2

油酸分子的直径为

d＝=m≈4×10－10m

【典例2】（2022·全国·高三专题练习）某实验小组用油膜法估测油酸分子的大小，实验用油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中含有纯油酸1mL，1mL上述溶液有50滴，实验中用滴管吸取该油酸酒精溶液向浮有爽身粉的水面中央滴入一滴油酸酒精溶液。

（1）该实验中的理想化假设是________；

A．将油膜看作单分子层油膜

B．不考虑油分子间的间隙

C．不考虑油分子间的相互作用力

D．将油分子看成球体

（2）实验描出油酸薄膜轮廓如图，已知每一个小正方形的边长为2cm，则该油酸薄膜的面积为________m2（结果保留一位有效数字）；

（3）经计算，油酸分子的直径为________m（结果保留一位有效数字）。

【答案】     ABD         

【解析】（1）[1]在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子层分布的；②把油酸分子看成球形；③不考虑分子之间的空隙。

故选ABD；

（2）[2]由于每格边长为2cm，则每一格就是4cm2，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出75格，则油酸薄膜面积为

75×4cm2＝300cm2＝3×10-2m2

（3）[3]1滴油酸酒精溶液中含油酸的体积

由于油膜是单分子紧密排列的，因此分子直径为

【典例3】（2022·陕西·西安中学高三阶段练习）在“用油膜法估测分子的大小”实验中：

（1）下列说法正确的是________；在“用油膜法估测分子的大小”实验中

A．将油膜看成单分子层油膜是一种理想化假设

B．实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是对油酸溶液起到稀释作用

C．用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1mL，则1滴溶液中含有油酸10-2mL

D．在计算油酸膜面积时，只需要数出完整方格的数目，对不完整的方格均不计数

（2）某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22m2的蒸发皿、滴管、量筒（50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升）、纯油酸和无水酒精若干。已知分子直径数量级为10-10m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为________‰（保留两位有效数字）。

【答案】     AB     1.1

【解析】（1）[1] A．在“用油膜法估测分子的大小”实验中,分子直径是依据体积与面积之比求出的，所以需要将油膜看成单层分子油膜，不考虑各油膜分子间隙，故A正确；

B．油膜可以融于酒精，因此酒精对油酸溶液起稀释作用，方便于测量；故B正确；

C．1滴溶液中含有油酸酒精溶液是10-2mL，含纯油酸的体积小于10-2mL，故C错误；

D．全部完整方格内的油膜面积小于真实油膜面积，应计算面积大于半格的个数；故D错误。

故选AB。

（2）[2]由题意，形成油膜的面积不能超过蒸发皿的面积，当油膜面积等于蒸发皿面积时，油酸酒精溶液浓度最大。一滴油酸的体积

一滴油酸酒精溶液的体积

则油酸酒精溶液浓度至多为

【典例4】（2022·全国·高三课时练习）（1）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，下列说法或操作正确的是____。 

A．将油膜看作单分子层薄膜，并不考虑油酸分子间的间隙

B．将油酸分子看成球形

C．在量筒中只滴入一滴油酸酒精溶液，测出它的体积

D．若撒入水中的爽身粉太多，会使油酸未完全散开，从而使测出的分子直径偏小

（2）若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，通过计算得到一滴溶液的体积为8.0×10-3 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为____m。（计算结果保留两位有效数字）

【答案】     AB     2.0×10-9

【解析】（1）AB．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，将油酸分子简化为球形，并认为它们紧密排布，在水面上形成单分子油膜，这样测出油膜的厚度，就相当于油酸分子的直径，A、B正确；

C．要测出1滴油酸酒精溶液的体积，可在量筒中滴入N滴溶液测出其体积为V，则1滴该溶液的体积，C错误；

D．油酸未完全散开会导致S偏小，根据可知，测出的分子直径会偏大，D错误。

故选AB。

（2）1滴油酸酒精溶液的体积为8.0×10-3 mL，由纯油酸与溶液体积比为1∶1 000，可得1滴纯油酸的体积

油膜面积为

油酸分子的直径

代入数据得

【典例5】（2022·全国·高三课时练习）某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。

（1）该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列∶D________C（用字母符号表示）；

（2）某次实验时，滴下油酸酒精溶液后，痱子粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是________。

A．盆中装的水量太多

B．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀

C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层

【答案】     BFE     B

【解析】（1）[1]“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为∶用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积；往浅盘里倒入约2cm深的水，水面稳定后将适量痱子粉均匀撒在水面上；用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上；计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。则实验操作顺序为DBFEC。

（2）[2]出现该图样的可能原因是：痱子粉撒得太多，且厚度不均匀，导致油酸没有均匀排列开。

故选B。

【典例6】（2022·全国·高三课时练习）某班级做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。实验前，老师将酒精加入1mL的油酸中配制成1000mL的油酸酒精溶液。

（1）在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是：用________将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目。

（2）在浅盘中的水面上撒上痱子粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，下列现象或判断正确的是________。

A．油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些

B．油膜的面积先快速扩张后慢慢趋于稳定

（3）甲实验小组测得1mL油酸酒精溶液为80滴，通过数1滴溶液在水面稳定后形成的油膜面积对应的正方形的个数得到油膜的面积为250cm2，可估算油酸分子的直径为________m。（计算结果保留一位有效数字）

（4）当结束实验或重复做实验时，需将水从浅盘的一角倒出，在这个角的边缘会遗留少许油酸，为了保持浅盘的清洁，不影响下次使用，可以用适量________（选填“酒精”或“清水”）清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗。

【答案】     注射器（或滴管）     A     5×10-10     酒精

【解析】（1）[1]在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是用注射器（或滴管）将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目。

（2）[2]在浅盘中的水面上撒上痱子粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，可发现油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些，选项A正确，B错误。

（3）[3]一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积

油酸分子的直径为

（4）[4]可以用适量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗。